Elektronik Devreler Projeler Elektronik ve biraz daha fazlası İletişim - Araçlar - Dikkat - Topluluk
Elektronik / Elektronik Kaynakları/

Buck Boost Converter (Negatif Gerilim)

Sponsorlu Bağlantılar

Converter yazı dizimin bu bölümünde özellikle negatif gerilim üretimi, akü şarjı gibi devrelerde sıklıkça kullanılan buck boost converter‘a değinmek istiyorum.

Genellikle giriş geriliminin, çıkış geriliminden düşük ve yüksek değerler arasında, yani büyük bir aralıkta değiştiği ve yaklaşık 150W’a kadar güç gereksinimi duyan uygulamalarda kullanılan buck boost converterlar küçük bir modifikasyon ile hem girişe hem de çıkışa güç aktarımı yapmaya olanak sağlamaktadır. Bu özelliği nedeniyle converter motor sürücü uygulamalarında verimlilik açısından bizlere avantaj sağlamaktadır.

buck_boost

Yukarıdaki şekilde yapısı görülebilecek buck boost devresinin tasarımı her zaman olduğu gibi endüktans ve kapasitans değerlerinin bilindik formülünden yola çıkarak hesaplanmaktadır. Biz bu uygulamamızda minimum 5V maksimum 25V giriş gerilimi aralığında, 12V çıkış gerilimine ve 24W çıkış gücüne ve 100kHz anahtarlama frekansına sahip buck boost converter tasarlayalım.

buck_boost_operation

Anahtarlama elemanının kapalı kaldığı 1. durum ele alındığında bobinde oluşan en yüksek akım değeri denklem 1’deki gibi olacaktır. Durum 1’de bobinde depolanan enerji miktarı ise denklem 2’deki gibi olacaktır. Toplam enerji miktarı ise anahtarlama frekansı ile birlikte denklem 3 ile bulunabilir.

denklem1-2-3

Durum 2’de ise depolanan bu enerji miktarı aynı şekilde çıkışa aktarılacaktır. Anahtarın kapalı olduğu bu durumda bobinden çıkışa aktarılacak akım değeri denklem 4’teki gibi olacaktır.

denklem4

Bobinin üzerinde artık enerji kalmaması için çıkış ve giriş akımlarının toplamları sıfır olmalıdır. Böylelikle denklem 5 ele alındığında giriş ve çıkış gerilimlerine göre duty oranı denklem 6 ile bulunabilir. Burada hesaplama yapılırken Vo geriliminin negatif değerde olduğunu unutmamak gerekir.

denklem5-6

Denklem 5’te Ton yerine (Duty)x(Ts) veya (Duty)x(1/f) yazılabilir.
Geriye ise bulunacak tek değer olan çıkış kapasitörü kalıyor. Burada anahtar kapatıldığında tüm enerjinin kapasitörden geldiği varsayılarak bir yaklaşım yaptığımızda denklem 7’deki değere ulaşmış oluruz. İstenilen Vripple değerine göre çıkış kapasitesi denklem 7 ile bulunabilir.

denklem7

Yukarıdaki denklemlerimize göre çıkış gerilimimiz 12V, giriş minimum gerilimimiz 5V, 24W güç ve 100kHz anahtarlama frekansına göre işlem yaptığımızda elde ettiğimiz sonuçları aşağıdaki tablodan görebilirsiniz.

buckboost-test

Yukarıdaki tablodaki değerlerin Vin-min=5V’a göre yapıldığını hatırlattıktan sonra değerlerimizi PSIM programında aşağıdaki şekilde koyup test edelim.

buck_boost_pcsim

PSIM programında yaptığımız test sonucu aldığımız değerleri aşağıdaki grafikte görebilirsiniz. Sonuç olarak istediğimiz değerlerin yakalandığını görebilirsiniz.

bbc_psim_sim

Buck boost converterin giriş geriliminin büyük bir aralıkta değişimi esnasında çıkış gerilimini sabit tuttuğunu kontrol amaçlı girişe bir de 25V uygulayalım. Bu durumda duty değerimiz 0.324 olacaktır.

bbc_psim_2

Kurduğumuz devrenin girişine 25V uygulayarak çıkış geriliminin değişimini aşağıdaki grafikten gözlemleyebilirsiniz.

bbc_psim_2_sim

Yukarıdaki çalışmada formüller çıkarılırken tüm elemanların ideal olarak kabul edildiğini, gerçekte bu tür devrelerin geri besleme ile kontrol edilmeden kullanılmasının tercih edilmemesi gerektiğini söylemek isterim.
Herkese çalışmalarında başarılar dilerim.

  • mahmut

    Burada bobin değerini kendimiz belirledik sanırım,doğru mudur?

  • FxDev

    Evet doğrudur, ben 150uH olsun dedim, aslında denklem 1′i kullanacak olursan giriş çıkış gerilimin belli olduğundan D belli, Ts zaten 1/f o da belli, giriş gerilimin de belli, sen sadece istediğin akım ripple değerine göre L seçeceksin. Bu arada hesaplamaları yaparken diyot ve anahtarlama elemanının eşik gerilimleri de duty değerini etkiler. Bunu unutma ;)

  • mahmut

    Powersim le anlaşamadım bir türlü nedense, bu yüzden simulink te yapıyorum simulasyonları.Durum öyle olunca Duty konusundaki sıkıntı kafamı ağrıttı baya, bir iki deneme yanılma yapayım baktım olacak gibi değil koydum bende geri beslemeyi :) simulinkte böyleyse ,devreyi gerçekten yaptığın zaman olmazsa olmaz geri besleme.

  • FxDev

    Bunlar zaten teori aşamaları, gerçekte hiç bir zaman geri beslemesiz kullanılmasını önermiyorum zaten :)

    Bu arada PSIM çok basit bir program bence, PSpice ile uğraşsan aslında anlarsın ne kadar basit bir yapıda olduğunu ama Simulink de iyidir. Bu arada PSIM’den Simulink’e aktarım yapabiliyorsun süper oluyor ;)

  • yücel duman

    Hocam Tebrik Ederim. Yine Can Alıcı Bir konuya değinmişsiniz. Çok Teşekkürler.

  • mahmut

    Selam Fırat yibe ben :)

    Yazının başında;”buck boost converterlar küçük bir modifikasyon ile hem girişe hem de çıkışa güç aktarımı yapmaya olanak sağlamaktadır.” şeklinde bir ifade kullanmışsın.

    Burada ki küçük bir modifikasyon,diyot yerine de mosfet bağlamak mıdır?O zaman bu mosfetleri nasıl kontrol etmek gerekir biraz bundan bahsedebilir misin?

  • FxDev

    Buna benzer bir modifikasyon evet. Genelde DC motor uygulamalarında böyle yapılar görmüştüm fakat detaylı inceleme fırsatım olmadı o kısmı.

  • yusuf

    hocam sizin devreyi yaptım ama bi türlü istenilen sonucu elde edemedim :S

    200 uH 470 uF kullanıyorum anahtarlamayı mosfetle yapıyorum ırfp460 ile ve PWM ile kontrol ediyorum. sizce ne olabilir sebebi ?

  • FxDev

    @Yusuf: Acaba hangi devreyi kurdun. Ayrıca devre şemanı göndermen gerekiyor. Yorum kısmında link olarak paylaşır mısın?

  • ebru

    hocam ben bu programı öğrenmeye yeni başladım ve bana gerekli olanda bu devre bunun simulasyonunu yaptım sizle aynı değerler aldım ama başka birşey çıktı mosfeti irfp460 diyotu 1n4148 seçtim ama bu pwm i kütüphanede bulamıyorum bir sürü var hangisini seçmeliyim yardımcı olursanız sevinirim

  • murat hato

    GÜNEŞ PANELİNDEN GELEN VOLT 20 VOLT /300 MİLİAMPER BEN BU AKIMI NASIL ARTIRABİLİRİM